本實用新型總體來說涉及一種加熱器裝置，尤其涉及一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器。

背景技術：

直拉單晶制造法是把原料多硅晶塊放入石英坩堝中，在單晶爐中加熱熔化，再將晶種(籽晶)浸入熔液中。在合適的溫度下，熔液中的硅原子會順著晶種的硅原子排列結構在固液交界面上形成規(guī)則的結晶，成為單晶體。把晶種微微的旋轉向上提升，熔液中的硅原子會在前面形成的單晶體上繼續(xù)結晶，并延續(xù)其規(guī)則的原子排列結構。若整個結晶環(huán)境穩(wěn)定，就可以周而復始的形成結晶，最后形成一根圓柱形的原子排列整齊的硅單晶晶體，即硅單晶棒。

直拉法制備單晶硅時采用惰性氣體作為保護氣體，在單晶硅生長過程中，須使用石墨加熱器對硅料進行加熱熔化，并且加熱器對于提供晶體生長所需的溫度梯度起到至關重要的作用。

隨著半導體硅材料和光伏行業(yè)的迅速發(fā)展，大直徑的硅單晶已成為直拉單晶硅研究和生產的主要方向。隨著硅單晶直徑的增大，投料量必將加大，坩堝直徑和熱場尺寸也隨之相應增大，導致熔體中熱對流加劇，導致拉晶難度隨之增大，晶體品質參數隨之下降。

在現(xiàn)有技術條件下，如圖1、2所示為單晶拉制過程中通常使用的加熱器，該加熱器通常包括加熱器本體1和底部支撐腳3。具體地，該加熱器在一個環(huán)形的石墨體上設置有均勻開槽11’，該均勻開槽11’通常由加熱器本體1的頂端向下軸向延伸，或者由加熱器本體1的底端向上軸向延伸。該加熱器高溫區(qū)通常在加熱器中上部，在單晶拉制過程中，石英坩堝底部不能直接獲得熱量。在應用更大的熱場時，考慮拉晶時熱場梯度需要，一般還需要在環(huán)形加熱器下面再安裝一個底部石墨加熱器，這樣的設置又增加了設備投入，且操作復雜化。

因此在現(xiàn)有技術中應用的石墨加熱器普遍存在以下不足：

1、應用加熱器時，加熱器發(fā)熱區(qū)位置偏上，在熔化硅料過程中，硅料不能完全受熱，導致熱量不能被充分利用，增加能耗。因此原料熔化時間長，延長了熔硅與石英坩堝的反應時間，導致生長的單晶硅氧含量也增加。

2、在熔化硅料過程中，石英坩堝底部無法直接獲得熱量，處于加熱器發(fā)熱區(qū)的低溫區(qū)。從而會出現(xiàn)石英坩堝中上部原料比石英坩堝底部原料先熔化，當石英坩堝中上部原料熔化后流向石英坩堝底部，熔硅與未熔原料接觸再結晶，極易發(fā)生漏硅現(xiàn)象，造成嚴重損失。

3、熔料過程中，石英坩堝內原料自上而下熔化，中下部原料熔化時產生的揮發(fā)物及氣泡不能及時排除，導致生長單晶成品率低、品質差。

因此，如何提供一種能夠使硅料充分受熱且降低能耗的石墨加熱器，是亟待解決的技術問題。

在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本實用新型的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)要素：

在實用新型內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本實用新型內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

本實用新型的一個主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術的至少一種缺陷，提供一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器，以在滿足硅料受熱充分的情況下，降低能耗。

本實用新型的另一個主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術的至少一種缺陷，提供一種直拉單晶爐，以在滿足硅料受熱充分的情況下，降低能耗。

為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用如下技術方案：

根據本實用新型的一個方面，提供了一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器，其特征在于，所述石墨加熱器包括加熱器本體，所述加熱器本體具有中軸線，所述加熱器本體包括呈筒形的側壁，所述側壁上設置有多個第二開槽；所述第二開槽從所述加熱器本體的底端向上軸向延伸，沿所述頂端向所述底端延伸的方向，所述第二開槽的寬度逐漸增大。

根據本實用新型的一種實施方式，其中所述加熱器本體還包括多個第一開槽；所述第一開槽從所述側壁的頂端向下軸向延伸，沿軸向方向所述第一開槽的寬度相同；所述石墨加熱器還包括底部支撐腳，所述底部支撐腳設置于所述加熱器本體下方以支撐所述加熱器本體。

根據本實用新型的一種實施方式，其中所述第二開槽的夾角為大于0°且小于或等于15°。

根據本實用新型的一種實施方式，其中所述第二開槽的夾角為大于0°且小于或等于5°。

根據本實用新型的一種實施方式，其中所述第二開槽的夾角為大于或等于1°且小于或等于2°。

根據本實用新型的一種實施方式，其中所述加熱器本體還包括內腔延伸部，所述內腔延伸部由所述側壁的下端部向所述加熱器本體的中軸線方向延伸。

根據本實用新型的一種實施方式，其中所述內腔延伸部具有沿所述石墨加熱器周向延伸的寬度和沿所述石墨加熱器徑向延伸的厚度，沿所述石墨加熱器的徑向方向從外向內，所述寬度逐漸變小和/或所述厚度逐漸變小。

根據本實用新型的一種實施方式，其中所述內腔延伸部向所述中軸線方向延伸的距離小于或等于所述底部支撐腳向所述中軸線方向延伸的距離。

根據本實用新型的一種實施方式，其中所述內腔延伸部的內側面為圓弧形面，多個所述圓弧形面的圓心相同。

由上述技術方案可知，本實用新型的用于直拉單晶爐的石墨加熱器的優(yōu)點和積極效果在于：本實用新型提供的用于直拉單晶爐的石墨加熱器包括第二開槽，沿所述頂端向所述底端延伸的方向，該第二開槽的寬度逐漸增大，使該石墨加熱器的高溫區(qū)域下移，從而使石英坩堝下部能夠充分獲得熱量，提高了能量的利用率，在滿足硅料充分受熱的情況下，降低能耗。

附圖說明

通過結合附圖考慮以下對本實用新型的優(yōu)選實施例的詳細說明，本實用新型的各種目標、特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見。附圖僅為本實用新型的示范性圖解，并非一定是按比例繪制。在附圖中，同樣的附圖標記始終表示相同或類似的部件。其中：

圖1是現(xiàn)有技術的一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器的剖面圖。

圖2是現(xiàn)有技術的一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器的俯視圖。

圖3是根據一示例性實施方式示出的一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器的剖面圖。

圖4是根據一示例性實施方式示出的一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器的俯視圖。

圖5是根據一示例性實施方式示出的一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器的局部剖面圖。

其中，附圖標記說明如下：

1、加熱器本體； 2、內腔延伸部； 3、底部支撐腳；

11、第一開槽； 12、第二開槽； a、夾角；

11’、均勻開槽。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本實用新型將全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。

在沒有相反指示的情況下，本實用新型描述的“頂端”、“底端”“上端部”以及“下端部”是相對石墨加熱器在使用過程中的方位而定義的，只是用來更好地說明本實用新型；本實用新型描述的“內部”和“外部”是相對石墨加熱器的自身而定義的，由石墨加熱器圍成的空間稱為內部，其他空間稱為外部。

圖3是根據一示例性實施方式示出的一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器的剖面圖。圖4是根據一示例性實施方式示出的一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器的俯視圖。圖5是根據一示例性實施方式示出的一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器的局部剖面圖。

參照圖3至圖5，作為本實用新型的一個方面，提供了一種用于直拉單晶爐的石墨加熱器，其中，石墨加熱器包括加熱器本體1和底部支撐腳3，底部支撐腳3設置于加熱器本體1下方以支撐加熱器本體1。加熱器本體1的側壁上設置有第一開槽11和第二開槽12；第一開槽11從加熱器本體1的頂端向下軸向延伸，沿軸向方向第一開槽11的寬度相同；第二開槽12從加熱器本體1的底端向上軸向延伸，沿頂端向底端延伸的方向，第二開槽12的寬度逐漸增大。

可以理解的是，第一開槽11和第二開槽12可以分別沿所述加熱器本體1的周向均勻布置。由于第二開槽12的寬度從加熱器本體1向底端延伸的方向逐漸變寬，從而使加熱器本體1的高溫區(qū)向底端方向移動，在應用時使得加熱功率沿著加熱器本體1的軸向方向逐漸增加，從而使加熱器本體1沿軸向方向的加熱溫度更加均勻，增大了加熱器本體1的熱量輻射面積，尤其使石英坩堝底部能夠獲得充足的熱量，如此，在沒有增加加熱器本體1的整體加熱功率的情況下，滿足了石英坩堝的溫度要求，節(jié)能環(huán)保。另一方面，也減少了設備的投入，降低了石墨加熱器的制造成本。

第一開槽11與第二開槽12的長度可以相同也可以不同，第一開槽11與第二開槽12的長度大于加熱器側壁高度的2/3，但不以此為限，本領域技術人員根據生產情況的需要可以做任意調整，優(yōu)選的長度大于加熱器側壁高度的4/5。

可以理解的是，為了能夠使石墨加熱器保持平衡，底部支撐腳3的底端可以位于同一平面內，如圖3所示。

本實用新型提供的用于直拉單晶爐的石墨加熱器包括第二開槽12，沿頂端向底端延伸的方向，該第二開槽12的寬度逐漸增大，從而可以使該石墨加熱器的高溫區(qū)域下移，使石英坩堝底部能夠充分獲得熱量，提高了能量的利用率，在滿足硅料充分受熱的情況下，降低能耗。

作為本實用新型的一實施方式，其中第二開槽12的夾角a為大于0°且小于或者等于15°。例如但不限于夾角a可以為1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、10°、12°等整數，也可以為小數，例如但不限于1.5°、2.5°、3.5°、4.5°等，都在本實用新型的保護范圍內。

更加優(yōu)選地，作為本實用新型的一實施方式，其中第二開槽12的夾角a為大于0°且小于或者等于5°。

更進一步優(yōu)選地，作為本實用新型的一實施方式，其中第二開槽12的夾角a為大于或者等于1°且小于或者等于2°。

為了進一步提高石墨加熱器的能量利用率，可以對加熱器本體1進行加長，從而使加熱器本體1的高溫區(qū)相對于石英坩堝底部下移，參照圖3至圖5，作為本實用新型的一實施方式，其中加熱器本體1包括內腔延伸部2，內腔延伸部2由加熱器本體1的底端向下并向由加熱器本體1圍成的腔體的內部延伸。

可以理解的是，在生產使用的情況下，通常在石墨加熱器和石英坩堝之間設置有石墨坩堝，即石英坩堝通常嵌套在石墨坩堝的內部，以延長石英坩堝的使用壽命。具體地，該內腔延伸部2可以沿著石墨坩堝的外壁面延伸，并延伸到石墨坩堝底部的下方，在使用時，位于石墨坩堝底部下方的內腔延伸部2對石墨坩堝的底部加熱，該石墨坩堝將熱量傳遞給石英坩堝，于是可以使石英坩堝底部的硅料受熱先熔化，在該過程中產生的揮發(fā)物及氣泡可以向上運動，并從硅料間隙中排除，能夠同時提高硅單晶的成品率和質量。在使用該石墨加熱器時，該內腔延伸部2以及加熱器本體1協(xié)同加熱，較現(xiàn)有技術中的普通加熱器本體1，增大了石英坩堝的底部熱量輻射面積，降低了化料所需時間。該內腔延伸部2增加了加熱器底部的溫度，減小了傳統(tǒng)加熱器上部與底部的溫差，使硅料熔化過程更加節(jié)能。

更進一步地，由于化料時間縮短，從而減少了熔體硅與石英坩堝壁面的反應時間，從而降低了單晶硅內的氧含量。更進一步地，避免了石英坩堝中部和上部的硅料熔化后流向石英坩堝底部，導致熔體硅與底部未熔硅料接觸后再結晶，從而導致?lián)纹剖③釄灞粨纹?，最終導致產生漏硅的風險。

為了防止內腔延伸部2的底端相互接觸，參考圖2，作為本實用新型的一實施方式，其中內腔延伸部2具有沿石墨加熱器周向延伸的寬度和沿石墨加熱器徑向延伸的厚度，沿石墨加熱器的徑向方向從外向內，寬度逐漸變小，厚度逐漸變小。如此設計可以避免位于石英坩堝底部的多個內腔延伸部2相互交接，從而使相鄰的內腔延伸部2之間留有合適的空間。該內腔延伸部2的存在增加了加熱器底部的溫度，減小了傳統(tǒng)加熱器上部與底部的溫差，使硅料熔化過程更加節(jié)能；并且由于化料時間縮短，從而減少了熔體硅與石英坩堝壁面的反應時間，從而降低了單晶硅內的氧含量。

內腔延伸部2可以與加熱器本體1一體形成，參照圖2和圖3，作為本實用新型的一實施方式，其中內腔延伸部2與加熱器本體1形成弧形對接，但不以此為限。內腔延伸部2與加熱器本體1的弧形過度，有利于熱量的均勻擴散。當然，可以理解的是，內腔延伸部2與加熱器本體1可以分別為獨立件，在使用時將兩者進行組裝，也在本實用新型的保護范圍內。

為了提高石墨加熱器的安全性，作為本實用新型的一實施方式，其中內腔延伸部2向腔體的內部延伸的距離小于等于底部支撐腳3向腔體的內部延伸的距離。

為了更好地與石墨坩堝貼合，內腔延伸部2的內側面可以設計為弧形面，參照圖4和圖5，作為本實用新型的一實施方式，其中內腔延伸部2的內側面為圓弧形面，多個圓弧形面的圓心相同。可以理解的是，根據需要將內腔延伸部2設置為與石墨坩堝匹配，即形狀、尺寸等均匹配，都在本實用新型的保護范圍內。

本實用新型所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在上面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本實用新型的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本實用新型的技術方案而沒有所述特定細節(jié)中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組件、材料等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、材料或者操作以避免模糊本實用新型的各方面。